[发明专利]一种非晶合金快速成型装置及成型方法

说明书

技术领域

本发明属于金属制造领域，具体涉及一种非晶合金的快速成型装置及应用该装置的快速成型方法。

背景技术

非晶合金材料是近年来发挥迅速的新型金属材料。非晶合金材料是通过加热熔炼后，以极快的冷却速率对合金熔液进行冷却至非晶相的玻璃化转变温度来完成非晶态合金的形成，避免合金内金属晶体的形成及生长，从而具有金属原子短程有序、长程无序的特殊微观结构。正因为具有不同于晶态金属的微观结构，使得非晶合金具有高硬度、高强度、良好的耐腐蚀性等特性。在非晶合金材料开发早期，要获得非晶合金材料所需熔炼后的冷却速率是非常高的，往往需要达到10⁵-10⁶℃/s，在此基础上开发出适合于非晶态合金生产的各种成型工艺，如真空压铸、熔融纺丝、平面流铸等特殊铸造工艺。目前，非晶合金材料的冷却速率主要还是取决于非晶合金的元素组成，通过改善非晶合金的元素组成以及对应的铸造工艺，可以在较低的冷却速率下获得形成能力更高的块体状非晶合金。

现有技术中，非晶合金成型产品的制造广泛使用各类真空压铸机进行，一方面可避免非晶合金在制备过程中发生氧化，另一方面，严格管控铸造环境，以免环境变化对铸造过程产生不利影响。从制备的过程看来，使用压铸机则必须采纳压铸机所需的所有组件，成本价格较为昂贵，而且制备过程较为费时费力，从经济性的角度考虑并非较佳选择，从实际应用上看，非晶合金的严格制备过程也导致了非晶合金产品的成本居高不下，导致非晶合金产品更多的是应用于高端消费类电子产品、医疗器械产品等高附加值的产品。从制备环境来看，采用压铸设备则必须严格控制加工环境，不仅对操作环境、操作人员提出了较高的要求，而且一旦环境条件变化，形成不良件的几率会飙升。

针对真空压铸设备的缺点，研究人员开发出了许多具有改进效果的成型设备以及成型方法。如申请号为201180057470.6名为《通过快速电容器放电锻造形成金属玻璃》的专利中提供的一种利用快速电容器和锻造板相配合使非晶金属整体成型的方法。

发明内容

上述专利方案中提供的采用快速电容器加热成型的方法尽管能够在非常短的时间内使非晶合金材料成型，但是在实际应用中缺点还是非常明显的，主要包括如下几点：

（1）尽管非晶材料成型过程的时间缩短了，但是其前处理以及加工后冷却、取样的工序非常复杂，无法应用于工业化连续生产。

（2）利用现有技术中提供的装置进行非晶合金的成型，对非晶合金材料形状及尺寸要求较高，非晶合金材料在瞬时加热呈熔化状态时易粘附于快速电容器两侧，造成取件困难。

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种简单快速的非晶合金成型方法，本发明中的方法同样利用了快速点充气通过快速充放电的特性，使一定能量的电能均匀释放于非晶合金材料上，使非晶合金材料能够在极短的时间内被加热，然后通过成型装置进行成型，冷却后得到具有特定形状的非晶合金产品。本发明中通过对快速成型装置及成型方法的特殊控制，实现了非晶合金产品的连续生产，大幅提升了工艺效率，从而使该方法可推广至工业化应用。进一步地，通过对成型装置的设计，可避免非晶合金材料的粘附，便于制造过程中非晶合金产品脱离成型装置。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

本发明中提供的非晶合金快速成型装置，包括加工台、电容放电加热装置和成型装置；所述加工台上设有至少一个加热成型工位放置待加工非晶合金材料；所述电容放电加热装置包括充放电电容器、电源以及驱动装置，该加热装置通过驱动装置在与待加工非晶合金材料接触，使待加工非晶合金材料软化；所述成型装置包括两个或者多个成型组件以及组件的压力驱动装置，所述成型组件组合后单独构成成型模腔，或者与充放电电容器两端电极共同构成成型模腔，所述成型模腔形状与非晶合金产品相同且至少在受力方向保持封闭。

进一步简化本发明中的非晶合金快速成型装置，所述充放电电容器可同时作为成型装置，其结构为：设置充放电电容器两端电极为相匹配的异形电极，组合后构成成型模腔；充放电电容器两侧设有压力驱动装置。

进一步地，所述加工台上还设有放料工位。将放料工序与加热成型工序分置，可增加整体成型工艺的流畅度，更适合工业化生产。

进一步提升充放电电容器效率，所述充放电电容器为快速充放电电容器。所述充放电电容器两端电极与待加工非晶合金材料接触面积大于其总面积的60%。

进一步地，在实际制备过程中优选加工台为旋转式圆盘。